CN110524527B - 外骨骼驱动装置及外骨骼驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外骨骼驱动装置以及驱动方法，所述驱动装置包含固定部、驱动部、外管、内线和驱动组件，所述驱动组件牵引所述内线辅助使用者助力关节活动，所述固定部穿戴在所述助力关节固定端，所述驱动部穿戴在所述助力关节自由端，所述外管与所述固定部连接，所述内线具有从所述外管一端延伸出来的延伸部，所述内线的延伸部与所述驱动部连接。本发明提供的外骨骼驱动装置包含产生两个方向的力的驱动元件，以有选择性的施加于使用者助力部位，并且其中一个力方向的驱动元件收缩时可以使另一个力方向的驱动元件更快回复到舒张状态。此外，本发明还提供了包含所述外骨骼驱动装置的助力外骨骼系统，以及其辅助运动的方法。

Description

外骨骼驱动装置及外骨骼驱动方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种外骨骼驱动装置及外骨骼驱动方法。

背景技术

现有外骨骼装置所采用的驱动方式主要有两种，分别是液压驱动和电机驱动。由于采用这两种驱动方式的外骨骼装置体积和质量都较大，且需要坚硬厚重的结构以支撑人体重量以及其他额外负重，人机匹配度差，导致与人配合时并不能灵活地应用于生活的各个场景。为了提升外骨骼装置的人机匹配程度，也出现了基于柔性驱动元件的外骨骼装置，例如专利授权公告号为“CN105030487 B”，名称为“一种气动人工肌肉驱动的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服”，该专利揭示了，在每个助力关节处以气动人工肌肉作为驱动元件，通过向气动人工肌肉充气，增大内部气压使其缩短，模拟肌肉收缩在人体下肢的相应部位产生助力，但无法根据需要有选择性的对使用者关节部位施加驱动力，穿戴后行走不灵活。

发明内容

本发明的目的是提供一种外骨骼驱动装置和助力外骨骼系统及其驱动与辅助运动的方法，解决当前无法根据需要有选择性的对使用者关节部位施加驱动力的技术问题。

本发明提供的外骨骼驱动装置，包含外管、内线和驱动组件，所述驱动组件穿戴在使用者身体上，所述驱动组件牵引所述内线辅助使用者助力关节活动，所述外管套在所述内线外，所述内线能够相对于所述外管发生轴向相对位移，所述外管和所述内线与所述驱动组件连接；

所述外骨骼驱动装置还包括固定部和驱动部，所述固定部穿戴在所述助力关节固定端，所述驱动部穿戴在所述助力关节自由端，所述外管与所述固定部连接，所述内线具有从所述外管一端延伸出来的延伸部，所述内线的延伸部与所述驱动部连接；

所述驱动组件包含杠杆和至少二个驱动元件，所述杠杆包括第一端、第二端和固定点，所述固定点在所述第一端和所述第二端之间，所述固定点与所述驱动组件的穿戴部位相对固定，所述内线连接于所述杠杆上除所述固定点以外的部分，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反，所述驱动组件牵引所述内线的位移方向与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度。

本发明还提供一种所述外骨骼驱动装置的外骨骼驱动方法，包含以下步骤：

步骤1，将所述驱动组件穿戴在使用者身体上；

步骤2，所述驱动元件产生驱动力牵引所述杠杆运动，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反；

步骤3，所述杠杆牵引所述内线在与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度的方向移动，使所述内线相对于所述外管发生轴向相对位移，使所述固定部与所述驱动部相互靠近，辅助使用者助力关节活动。

本发明还提供一种助力外骨骼系统，包含实时控制模块、所述外骨骼驱动装置、检测装置、穿戴装置及能量输出装置；

所述实时控制模块、所述检测装置、所述能量输出装置及所述外骨骼驱动装置分别与所述穿戴装置固定连接，所述穿戴装置穿戴于使用者身体上；

所述检测装置检测使用者瞬时运动参数信号并将所述使用者瞬时运动参数信号输入所述实时控制模块；

所述实时控制模块与所述能量输出装置连接，所述能量输出装置输出驱动能量，所述实时控制模块根据输入的所述使用者瞬时运动参数信号控制所述能量输出装置输出及停止输出所述驱动能量的时间；

所述能量输出装置与所述外骨骼驱动装置之间连接有能量传输通路，所述驱动能量经所述能量传输通路传递至所述外骨骼驱动装置，所述驱动能量作用于所述外骨骼驱动装置使所述固定部与所述驱动部相互靠近，从而使所述助力关节发生屈曲或前伸。

本发明还提供一种所述助力外骨骼系统辅助运动的方法，包含以下步骤：

步骤1，将所述穿戴装置穿戴于使用者身体上；

步骤2，所述检测装置检测使用者瞬时运动参数信号并将所述使用者瞬时运动参数信号输入所述实时控制模块；

步骤3，所述实时控制模块根据输入的所述使用者瞬时运动参数信号控制所述能量输出装置输出及停止输出所述驱动能量的时间；

步骤4，所述能量输出装置通过所述能量输出装置与所述外骨骼驱动装置之间的能量传输通路向所述外骨骼驱动装置输出驱动能量；

步骤5，所述驱动能量作用于所述驱动组件，所述驱动元件产生驱动力牵引所述杠杆运动，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反；

步骤6，所述杠杆牵引所述内线在与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度的方向移动，使所述内线相对于所述外管发生轴向相对位移，使所述固定部与所述驱动部相互靠近，辅助使用者助力关节活动。

本发明相比较于现有技术而言，具有的有益效果是：至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反，所述驱动组件牵引所述内线的位移方向与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度，因而所述外骨骼驱动装置中包含产生方向不同或相反的两个力的驱动元件，产生其中一个力方向的驱动元件收缩时可以使产生另一个力方向的驱动元件回复到伸长状态，从而实现每个驱动元件收缩和伸长往复进行；此外，所述外骨骼驱动装置可以包含更多个所述杠杆和所述驱动元件，由此所述外骨骼驱动装置能产生多个方向相同或不同的驱动力，可以根据使用者需要有选择性的施加于使用者助力部位。

进一步的，所述驱动元件包含气动肌腱，所述气动肌腱具有进气口和气阀门，所述驱动组件还包括能量传输部件，所述进气口与所述能量传输部件连接；当气体经所述能量传输部件进入所述气动肌腱内时，所述气动肌腱膨胀并缩短；当气体经所述气阀门离开所述气动肌腱时，所述气动肌腱收缩并伸长。相比传统电机和液压等驱动元件，所述气动肌腱重量轻、体积小。

进一步的，所述驱动元件包含形状记忆部件，所述驱动组件还包括能量传输部件，所述能量传输部件向所述形状记忆部件传递能量时，所述形状记忆部件温度升高并缩短；所述能量传输部件停止向所述形状记忆部件传递能量时，所述形状记忆部件温度降低并处于自由状态。相比传统电机和液压等驱动元件，所述形状记忆部件重量轻、体积小。

进一步的，所述驱动元件包含磁致伸缩结构，所述驱动组件还包括能量传输部件，初始时所述能量传输部件向所述磁致伸缩结构传递能量，使所述磁致伸缩结构周围保持一定的磁场强度；增强所述磁场强度，所述磁致伸缩结构伸长；减小所述磁场强度，所述磁致伸缩结构缩短。相比传统电机和液压等驱动元件，所述磁致伸缩结构重量轻、体积小。

进一步的，所述驱动元件包含波纹管，所述波纹管具有进气口和气阀门，所述驱动组件还包括能量传输部件，所述进气口与所述能量传输部件连接；当气体经所述能量传输部件进入所述波纹管内时，所述波纹管膨胀并伸长；当气体经所述气阀门离开所述波纹管时，所述波纹管收缩并缩短。相比传统电机和液压等驱动元件，所述波纹管重量轻、体积小。

进一步的，所述形状记忆部件为弹簧结构，进一步提高所述驱动元件的应变率。

进一步的，所述磁致伸缩结构的材料为金属合金、铁氧体或稀土化合物。在外磁场作用下，采用所述材料的所述磁致伸缩结构尺寸伸长或缩短，去掉磁场后，其尺寸又恢复原来的长度。

进一步的，所述驱动组件具有外壳。保护所述驱动组件不受外界干扰，使使用者穿戴更加方便安全舒适，不影响使用者正常活动范围。

进一步的，所述驱动组件包括绳，所述绳的两端分别与至少一个所述驱动元件连接，所述绳的两端不与同一所述驱动元件连接，所述杠杆包含凹槽，所述凹槽设置于除所述杠杆固定点以外的位置，所述绳嵌设于所述凹槽中，所述绳与所述凹槽之间具有摩擦力以使所述驱动元件牵引所述绳带动所述杠杆第一端或第二端相对于所述杠杆固定点发生位移，以在所述杠杆两端提供两个相反或不同方向的驱动力。

进一步的，所述驱动组件包括绳，所述杠杆的两端分别通过所述绳与至少一个所述驱动元件连接，所述杠杆的两端不与同一所述驱动元件连接，所述绳与所述杠杆固定连接，所述驱动元件牵引所述绳带动所述杠杆第一端或第二端相对于所述杠杆固定点发生位移，以在所述杠杆两端提供两个相反方向的驱动力。

进一步的，所述杠杆上具有固定槽，所述绳上具有与所述固定槽匹配的固定块，所述绳经由所述固定块插入所述固定槽以固定连接在所述杠杆上。防止所述绳从所述杠杆上滑脱。

进一步的，所述杠杆上具有固定槽，所述内线上具有与所述固定槽匹配的固定块，所述内线经由所述固定块插入所述固定槽以固定连接在所述杠杆上。防止所述内线从所述杠杆上滑脱。

进一步的，所述绳牵引所述杠杆的力的力臂大小与所述杠杆牵引所述内线的力的力臂大小不同。使所述驱动组件牵引所述内线产生的位移不局限于所述驱动元件牵引所述杠杆产生的位移大小，能够根据实际需要进一步调节所述内线牵引所述驱动部为所述助力关节提供的助力大小。

进一步的，所述杠杆连接至少两条所述内线，所述杠杆牵引各条所述内线的力的力臂大小不都相同。使所述驱动组件能够牵引各条所述内线产生不同大小的位移。

进一步的，所述外骨骼驱动装置包含传感器，所述传感器检测所述外骨骼驱动装置内的能量状态作为反馈信号，所述实时控制模块根据输入的所述反馈信号控制所述能量输出装置输出及停止输出所述驱动能量的时间。所述实时控制模块结合所述检测装置和所述外骨骼驱动装置的传感器两方面的反馈信号，能够更精准的控制所述驱动能量的输出。

进一步的，所述实时控制模块包含伺服阀，所述伺服阀设置于所述能量传输通路上，所述伺服阀控制输入所述外骨骼驱动装置的所述驱动能量的大小。所述实时控制模块能更精准的控制驱动能量的输出。

进一步的，所述能量输出装置为电能输出装置，所述电能输出装置具有太阳能电池板，所述驱动能量经由所述太阳能电池板受光后而产生的能量进行补充，能量补充方便。

进一步的，所述能量输出装置包含高压储气瓶。相对于传统的配有电池的高压气泵，所述高压储气瓶重量轻且更换方便。

进一步的，所述高压气瓶内气压为10-100Mpa，以确保具有使用安全性的同时，保证输出的气体压力足够驱动外骨骼驱动装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为助力外骨骼系统立体示意图；

图2为穿戴装置与箱体的示意图；

图3为箱体爆炸示意图；

图4为配有气动肌腱的外骨骼驱动装置示意图；

图5为配有记忆合金弹簧的外骨骼驱动装置示意图；

图6为配有磁致伸缩结构的外骨骼驱动装置示意图；

图7为磁致伸缩结构示意图；

图8为配有波纹管的外骨骼驱动装置示意图；

图9为双根内线定滑轮结构示意图；

图10为单根内线定滑轮结构示意图；

图11a、图11b、图11c为具有多个直径不同的定滑轮结构示意图；

图12为外骨骼驱动装置和腰部固定部示意图；

图13为大腿部固定部和驱动部示意图；

图14为小腿部固定部和驱动部示意图；

图15为鞋部固定部和驱动部示意图；

图16为外骨骼驱动装置中电机和定滑轮示意图；

图17为导向轮处结构示意图；

图18为高压储气瓶和气瓶架示意图；

图19为助力外骨骼系统的控制流程图；

图20为气动助力外骨骼系统的控制流程图；

图21为使用者行走时髋关节、膝关节和踝关节角度变化图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述连接的方式包括固定连接、通过柔性或半柔性管或线连接、依靠摩擦力接触连接、插拔连接、无线连接或其它现有技术包含的连接方式，所述固定连接的方式包括铰接、缠绕连接、螺栓、销钉连接、魔术贴、弹性卡扣或其它现有技术包含的固定连接方式。

本发明所述使用者身体包括助力关节、助力关节的固定端和助力关节的自由端，助力关节为使用者身体上至少部分借助外部能量完成屈曲或前伸的关节，所述助力关节屈曲或前伸时，所述助力关节的固定端相对于所述助力关节固定，所述助力关节的自由端相对于所述助力关节活动。

本发明提供一种助力外骨骼系统，包含能量输出装置、实时控制模块、外骨骼驱动装置、检测装置及穿戴装置。所述实时控制模块、所述检测装置、所述能量输出装置及所述外骨骼驱动装置通过所述穿戴装置穿戴于使用者身体上。所述检测装置检测使用者瞬时运动参数信号并将所述使用者瞬时运动参数信号输入所述实时控制模块。所述实时控制模块与所述能量输出装置连接，所述能量输出装置输出驱动能量，所述实时控制模块根据输入的所述使用者瞬时运动参数信号控制所述能量输出装置输出及停止输出所述驱动能量的时间。所述外骨骼驱动装置包含外管、内线和驱动组件，所述驱动组件通过所述穿戴装置穿戴在使用者身体上，所述驱动组件牵引所述内线辅助使用者助力关节活动，所述驱动组件包含至少一个驱动元件，所述外管套在所述内线外，所述内线能够相对于所述外管发生轴向相对位移，所述外管和所述内线与所述驱动组件连接，一些实施例中，所述外管与内线组成鲍登线。所述外骨骼驱动装置还包括固定部和驱动部，所述固定部通过所述穿戴装置穿戴在所述助力关节固定端，所述驱动部通过所述穿戴装置穿戴在所述助力关节自由端，所述外管与所述固定部连接，所述内线具有从所述外管一端延伸出来的延伸部，所述内线的延伸部与所述驱动部连接。所述能量输出装置与所述外骨骼驱动装置之间连接有能量传输部件，所述驱动能量经所述能量传输部件传递至所述外骨骼驱动装置，所述驱动能量作用于所述外骨骼驱动装置使所述固定部与所述驱动部相互靠近，从而使所述助力关节发生屈曲或前伸。所述能量传输部件根据传输的能量不同而异，可以为气管或电线。

所述助力外骨骼系统可用于辅助使用者下肢运动，例如辅助使用者髋关节、膝关节及踝关节中至少一个发生屈曲或前伸。当所述助力外骨骼系统为下肢助力外骨骼系统时，所述检测装置为步态检测装置，所述实时控制模块及所述能量输出装置通过所述穿戴装置穿戴于使用者躯干上，所述步态检测装置通过所述穿戴装置穿戴于使用者大腿、小腿或鞋上。

本发明一些实施例中，所述实时控制模块、所述能量输出装置及所述外骨骼驱动装置分别与所述穿戴装置固定连接，并穿戴于使用者身体上多个部位；如图1所示，能量输出装置1和实时控制模块2穿戴在使用者背部，外骨骼驱动装置3穿戴在使用者腰部。

所述穿戴装置可以为绑带、鞋或衣服，穿戴装置材料选自涤纶、氨纶、棉和尼龙一种或多种复合。如图1所示，一些实施例中，穿戴装置5为背部绑带，实时控制模块2固定于背部绑带后侧中央，能量输出装置1固定于实时控制模块2上端，穿戴者通过穿戴背部绑带将能量输出装置1和实时控制模块2背负于自身背部；一些实施例中，穿戴装置5为腰部绑带，穿戴者将腰部绑带穿戴在自身腰部，外骨骼驱动装置3固定于腰部绑带后侧。

本发明另一些实施例中，所述外骨骼动力系统包括箱体，所述箱体内设有外骨骼驱动装置和实时控制模块，所述箱体与所述能量输出装置和所述穿戴装置固定连接，所述穿戴装置穿戴在使用者身体上，优选将所述箱体穿戴在使用者助力关节弯曲处以外的位置，如背部或腰部，使得上述装置不妨碍助力关节活动，避免影响使用者活动范围；本发明的箱体，相比各个组件分别穿戴，穿戴更方便。

本发明一些实施例中，所述箱体包含外表面和主骨架，所述主骨架与所述外表面内壁固定连接，所述外骨骼驱动装置和所述实时控制模块分别与所述主骨架固定连接，所述能量输出装置与所述外表面连接，所述能量传输部件穿过所述外表面连接所述能量输出装置与所述实时控制模块。

本发明一些实施例中，所述驱动元件为电机，所述驱动组件还包含杠杆，所述杠杆连接有内线，所述外表面具有孔，所述电机的中轴从所述电机向外延伸穿过所述外表面的孔与所述杠杆中轴连接，所述电机带动所述杠杆转动。所述电机为圆筒形结构，所述主骨架上表面具有上凹槽，所述电机固定于所述主骨架上凹槽，所述箱体外表面上端内壁为半圆筒形，所述外表面上端内壁和所述凹槽内壁形状与所述电机形状相适应。所述主骨架下表面具有下凹槽，所述实时控制模块固定于所述主骨架下凹槽，所述底壳内壁和所述下凹槽内壁形状与所述实时控制模块形状相适应。所述外表面下端具有孔，所述能量传输部件穿过所述外表面下端的孔连接所述能量输出装置与所述实时控制模块；所述能量输出装置上表面贴合所述外表面下端外壁。

如图2和图3所示，本发明一些实施例中，穿戴装置5穿戴在使用者腰部。箱体6的外表面包含上端板62、底壳63、第一侧板64及第二侧板65。箱体6还包含主骨架61，主骨架61设置于上端板62、底壳63、第一侧板64及第二侧板65围成的空间内，外骨骼驱动装置3的驱动组件包含驱动元件31和杠杆32，驱动元件31为电机，杠杆32为定滑轮，杠杆32连接有内线，第二侧板65具有孔651，驱动元件31的中轴311从驱动元件31向外延伸穿过第二侧板65的孔651与杠杆32中轴连接，驱动元件31带动杠杆32转动。驱动元件31为圆筒形结构，主骨架61上表面具有上凹槽，上端板62内壁为半圆筒形，上端板62下缘与主骨架61连接，上端板62侧缘与第一侧板64和第二侧板65连接，上端板62、主骨架61上表面、第一侧板64和第二侧板65围成的空间容纳所述驱动元件31，上端板62内壁和主骨架61上凹槽内壁形状与驱动元件31形状相适应。主骨架61下表面具有下凹槽，底壳63具有底面、前侧面和后侧面，所述前侧面和所述后侧面上缘分别与主骨架61连接，所述前侧面和后侧面侧缘与第一侧板64和第二侧板65连接，主骨架61下表面、底壳63、第一侧板64和第二侧板65围成的空间容纳实时控制模块2，底壳63内壁和主骨架61下凹槽内壁形状与实时控制模块2形状相适应。第一侧板64和第二侧板65分别与主骨架61侧缘连接。底壳63具有孔，能量传输部件11穿过底壳63的孔连接能量输出装置1与实时控制模块2。能量输出装置1上表面贴合底壳63底面外壁，其它实施例中，能量输出装置1也可固定连接在上端板62、第一侧板64或第二侧板65上，相应的，能量传输部件11穿过上端板62、第一侧板64或第二侧板65连接能量输出装置1与外骨骼驱动装置3。杠杆32也可以替代为其它杠杆结构，如直杆、弯杆或其它线性杆。箱体结构布置紧凑，空间利用率更高，可以减小箱体体积，方便携带。

本发明一些实施例中，能量输出装置1与所连接的箱体6外表面之间具有相互匹配的插拔连接机构，能量输出装置1与箱体6外表面通过所述插拔连接机构连接和分离，方便所述能量输出装置的拆卸安装更换。所述插拔连接机构为现有技术中常用的插拔连接结构和方式，所述能量输出装置根据所述外骨骼驱动装置的不同可以选择多种形式，例如电池或现有技术中其它形式的能量输出装置。

继续如图3所示，本发明一些实施例中，杠杆32为定滑轮，杠杆32外具有盖66，杠杆32设置于盖66与第二侧板65围成的空间内,盖66具有接线通道661，所述内线从接线通道661向盖66外部延伸，延伸到盖66外部分的所述内线外设置有外管，所述外管一端与接线通道661连接。所述盖可以保护内部的定滑轮结构，避免受到外部影响。

本发明一些实施例中，穿戴装置5在箱体6靠近使用者的部分设有隔热结构51，防止箱体6发热烫伤使用者，隔热结构51贴近使用者一侧有柔性结构或弧形设计，可以贴合使用者，增加穿戴舒适度。隔热结构51可以是隔热垫、隔热板或隔热涂层，其中，隔热垫或隔热板中起隔热作用的材料为热反射材料、多孔材料或真空绝热材料，隔热涂层中起隔热作用的材料为热反射材料；多孔材料选自皮革、海绵、布料、陶瓷、聚苯乙烯、聚氨酯、聚异氰脲酸酯、聚丙烯、聚酰亚胺或气凝胶中的一种或多种组合，热反射材料选自镧、钕、锶、铌、钛、硅、铪、金、银、镍、铝或锆单质或氧化物中的一种或多种组合。

本发明一些实施例中，箱体6的外表面设有散热结构631，散热结构631使能量输出装置1、外骨骼驱动装置3和实时控制模块2与箱体6外部发生热交换，防止箱体6内部温度过高烫伤使用者，散热结构631可以是散热板或散热孔。一些实施例中，箱体6还设有风扇632，风扇632对箱体6产生更好的热交换和散热效果。

本发明一些实施例中，箱体6内设有冷却系统，工作状态下，所述冷却系统对箱体6内部冷却，防止箱体内部温度过高烫伤使用者。所述冷却系统结构为水冷结构或现有技术中其它常用的冷却系统结构设计。

本发明一些实施例中，所述驱动组件包含一个驱动元件，所述驱动元件一端与所述穿戴装置相对固定，另一端与所述内线连接，所述驱动元件牵引所述内线相对于所述外管轴向运动，牵引所述助力关节驱动部，实现辅助助力关节运动的功能。

另一些实施例中，所述驱动组件包含杠杆和至少二个驱动元件，所述杠杆为线性杆或定滑轮。所述杠杆包括第一端、第二端和固定点，所述固定点在所述第一端和所述第二端之间，所述固定点与所述驱动组件的穿戴部位相对固定，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反，所述内线连接于所述杠杆上除所述固定点以外的部分，所述驱动组件牵引所述内线的位移方向与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度。

本发明一些实施例中，所述驱动元件包含气动肌腱，所述驱动组件还包括能量传输部件，所述气动肌腱具有进气口和气阀门，所述进气口与所述气管连接，所述气管另一端与所述实时控制模块连接，所述实时控制模块能够开启和关闭所述气阀门。所述气动肌腱由高压气源提供高压气体驱动，作推拉动作，当向所述气动肌腱内部充气时，气体经所述气管进入所述气动肌腱内，所述气动肌腱内部气压增大，所述气动肌腱膨胀并缩短。当气体经所述气阀门离开所述气动肌腱时，所述气动肌腱收缩并伸长。

所述气动肌腱内部是弹性内管，材料优选为橡胶或其它具有弹性的材料，所述气动肌腱外部是编织网，材料优选为尼龙纤维或其它具有韧性的材料，所述气动肌腱两端有连接附件用于密封和传力。当向其内部输入压缩空气，内部压力上升，弹性内管径向膨胀，再通过编织网上纤维的传力作用，使径向膨胀力转化为轴向收缩力，输出功率/重量比1-50kW/kg，优选10kW/kg。直径为10-40mm，优选10mm，20mm和40mm。在相同体积和重量的条件下，所述气动肌腱比其他类型的驱动元件提供更大的驱动力，例如，直径为10mm，长度为300mm的气动肌腱，重量为50g，最大提升力为630N，收缩率为25％，即可缩短的有效行程为75mm，且气动肌腱会在达到推拉极限时自动制动，不会突破预定的范围。

本发明一些实施例中，所述驱动元件包含形状记忆部件，所述形状记忆部件优选为弹簧结构，所述形状记忆部件由形状记忆材料制成，所述形状记忆材料是一种在低温时处于自由状态具有一定可变形性，在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的材料。在本发明的某些具体实施方式中，所述形状记忆材料选自镍-钛系、铜系或铁系合金，或陶瓷、聚乙烯、聚烯氢、聚氨酯、聚降冰片烯、聚氯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚醚酯、聚乙烯-醋酸乙烯共聚物。优选地，本发明所述形状记忆材料选自镍-钛系合金，因其实用化程度高，制造成本低。具体地，将镍-钛系合金制成弹簧后，加热时，所述弹簧缩短，停止加热使其冷却会伸长回初始长度。所述驱动组件还包括能量传输部件，当所述能量传输部件向所述形状记忆部件传输能量时，所述形状记忆部件温度升高并缩短。当所述能量传输部件停止向所述形状记忆部件传输能量时，所述形状记忆部件温度降低并伸长。

本发明一些实施例中，所述驱动元件包含磁致伸缩结构，磁致伸缩是指，铁磁性物质在外磁场作用下，改变磁场强度，其尺寸伸长或缩短。所述磁致伸缩结构的材料主要有三类，分别为金属合金、铁氧体和稀土化合物，以铁系合金为例，其长度随磁场强度的增大而增大。所述驱动组件还包括磁场发生器，所述磁场发生器使所述磁致伸缩结构周围保持一定的磁场强度。当增强所述磁场强度时，所述磁致伸缩结构伸长。当减小所述磁场强度时，所述磁致伸缩结构缩短。

本发明一些实施例中，所述驱动元件包含波纹管，所述波纹管由高压气源提供的高压气体驱动，作推拉动作，所述波纹管优选为薄壁结构，所述波纹管材料优选为橡胶或者聚合塑料。自由状态时所述波纹管具有一定弹性，可拉长或缩短。当向所述波纹管内充气时，其内部体积增大，长度伸长，停止充气并放气时，所述波纹管能恢复到初始长度。当从波纹管抽气时，波纹管内部体积减小，长度缩短。所述驱动组件还包括气管，所述波纹管具有进气口和气阀门，所述进气口与所述气管连接。当气体经所述气管进入所述波纹管内时，所述波纹管膨胀并伸长。当气体经所述气阀门离开所述波纹管时，所述波纹管收缩并缩短。

相比于电机、液压结构等传统驱动元件，采用气动肌腱、形状记忆部件、磁致伸缩结构或波纹管可降低外骨骼助力装置整体重量，扩大活动范围，使使用者活动更加方便灵活。所述驱动组件优选通过所述穿戴装置设置在使用者身体上助力关节弯曲处以外的位置。一些实施例中，所述助力关节为膝关节、髋关节或踝关节，所述驱动组件穿戴在使用者腰部或背部。另一些实施例中，所述助力关节为肘关节，所述驱动组件穿戴在使用者肩部或背部，避免由于弯曲、压缩或扭转导致外骨骼驱动装置损坏，提高穿戴的舒适性和安全性。

本发明一些实施例中，所述驱动组件还包括绳，所述绳材料选自棉、麻、棕、尼龙、钢或其它具有足够韧性的材料或多种材料组合，所述绳的两端分别与至少一个所述驱动元件连接，所述绳的两端不与同一所述驱动元件连接，所述杠杆包含凹槽，所述凹槽设置于除所述杠杆固定点以外的位置，例如杠杆端点或端点到固定点间的能产生力矩的任意位置，所述绳嵌设于所述凹槽中，所述绳与所述凹槽之间具有摩擦力以使所述驱动元件牵引所述绳带动所述杠杆第一端或第二端相对于所述杠杆固定点发生位移。

另一些实施例中，所述绳与所述杠杆两端固定连接，所述驱动元件牵引所述绳带动所述杠杆第一端或第二端相对于所述杠杆固定点发生位移。一些实施例中，所述杠杆上具有固定槽，所述绳上具有与所述固定槽匹配的固定块，所述绳经由所述固定块插入所述固定槽以固定连接在所述杠杆上。一些实施例中，所述杠杆上具有固定槽，所述内线上具有与所述固定槽匹配的固定块，所述内线经由所述固定块插入所述固定槽以固定连接在所述杠杆上。

如图4所示，本发明一些实施例中，能量传输部件33为气管，所述高压气源为高压气泵或高压储气瓶，杠杆32为定滑轮，驱动元件31为气动肌腱，外骨骼驱动装置包括：上安装板341、下安装板342、底板343、第一能量传输部件3301、第二能量传输部件3302、第一驱动元件3101、第二驱动元件3102、绳37、杠杆32、滑轮编码器321、定滑轮安装座322、第一内线351、第二内线352、第一外管361、第二外管362。上安装板341、下安装板342和底板343组成所述外壳，保护所述驱动组件不受外界干扰，使使用者穿戴更加方便安全舒适，不影响使用者正常活动范围。第一驱动元件3101和第二驱动元件3102上端通过螺母固定于上安装板341，第一能量传输部件3301和第二能量传输部件3302的一端分别连接第一驱动元件3101和第二驱动元件3102的进气孔，第一能量传输部件3301和第二能量传输部件3302的另一端与所述实时控制模块相连，第一驱动元件3101和第二驱动元件3102另一端分别连接绳37的两端，杠杆32安装在定滑轮安装座322上，滑轮编码器321与杠杆32的轴连接。杠杆32的圆周上有两道凹槽，绳37绕过杠杆32的下端嵌设于其中一道所述凹槽内，优选初始状态时两个气动肌腱长度有一定程度的缩短，使绳37保持一定的预紧力，防止绳37从所述凹槽中滑脱。第一内线351和第二内线352绕过杠杆32的上端固定嵌设于另一道所述凹槽内。当所述实施控制模块通过控制所述高压气源经第一能量传输部件3301向第一驱动元件3101充气，第一驱动元件3101缩短，其下端向上移动，同时所述实时控制模块通过开启第二驱动元件3102的气阀门使其放气，第一驱动元件3101拉动绳37使第二驱动元件3102下端向下移动，第二驱动元件3102伸长，同时，与第一驱动元件3101和第二驱动元件3102相连的绳37带动杠杆32顺时针旋转，杠杆32拉动第一内线351和第二内线352，第二内线352被放松，第一内线351被向上提拉，并拉动与第一内线351的另一端相连的部位。反之，所述实施控制模块通过控制所述高压气源经第二能量传输部件3302向第二驱动元件3102充气，第二驱动元件3102缩短，其下端向上移动，同时所述实时控制模块通过开启第一驱动元件3101的气阀门使其放气，第二驱动元件3102拉动绳37使第一驱动元件3101下端向下移动，第一驱动元件3101伸长，同时，与第一驱动元件3101和第二驱动元件3102相连的绳37带动杠杆32逆时针旋转，杠杆32拉动第一内线351和第二内线352，第一内线351被放松，第二内线352被向上提拉，并拉动与第二内线352的另一端相连的部位。所述外骨骼驱动装置中包含产生方向相反的两个力的驱动元件，产生其中一个力方向的驱动元件收缩时可以使产生另一个力方向的驱动元件回复到伸长状态，从而实现每个驱动元件收缩和伸长往复进行。此外，所述外骨骼驱动装置可以包含多个所述驱动组件，由此所述外骨骼驱动装置能产生多个方向相同或相反的所述驱动力，可以根据使用者需要有选择性的施加于使用者助力部位。

如图5所示，本发明一些实施例中，杠杆32为定滑轮，驱动元件31为记忆合金弹簧，能量传输部件33为温控线，所述外骨骼驱动装置包括：上安装板341、能量传输部件33、底板343、驱动元件31、第一绳3701、第二绳3702、第一定滑轮3201、第二定滑轮3202、滑轮编码器321、定滑轮安装座322、下安装板342、内线35、外管36。上安装板341、下安装板342和底板343组成外壳，第一驱动元件3101、第二驱动元件3102、第三驱动元件3103和第四驱动元件3104上端通过螺母固定于上安装板341，第一能量传输部件3301、第二能量传输部件3302、第三能量传输部件3303和第四能量传输部件3304的一端分别连接第一驱动元件3101、第二驱动元件3102、第三驱动元件3103和第四驱动元件3104，第一能量传输部件3301、第二能量传输部件3302、第三能量传输部件3303和第四能量传输部件3304另一端与所述实时控制模块相连。第一驱动元件3101和第二驱动元件3102下端分别连接第一绳3701的两端，第三驱动元件3103和第四驱动元件3104下端分别连接第二绳3702的两端。当所述实时控制模块控制所述能量输出装置通过第一能量传输部件3301对第一驱动元件3101通电，第一驱动元件3101温度升高，长度缩短，其下端向上移动，同时所述实时控制模块控制所述能量输出装置停止通过第二能量传输部件3302对第二驱动元件3102通电，第二驱动元件3102处于自由状态，第一驱动元件3101拉动第一绳3701使第二驱动元件3102下端向下移动，第二驱动元件3102伸长，同时，第一定滑轮3201顺时针旋转，第一定滑轮3201拉动第一内线351和第二内线352，第二内线352被放松，第一内线351被向上提拉，并拉动与第一内线351的另一端相连的部位。当所述实时控制模块控制所述能量输出装置通过第二能量传输部件3302对第二驱动元件3102通电，第二驱动元件3102温度升高，长度缩短，其下端向上移动，同时所述实时控制模块控制所述能量输出装置停止通过第一能量传输部件3301对第一驱动元件3101通电，第一驱动元件3101处于自由状态，第二驱动元件3102拉动第一绳3701使第一驱动元件3101下端向下移动，第一驱动元件3101伸长，同时，带动第一定滑轮3201逆时针旋转，第一定滑轮3201拉动第一内线351和第二内线352，第一内线351被放松，第二内线352被向上提拉，并拉动与第二内线352的另一端相连的部位。当所述实时控制模块控制所述能量输出装置通过第四能量传输部件3304对第四驱动元件3104通电，第四驱动元件3104温度升高，长度缩短，其下端向上移动，同时所述实时控制模块控制所述能量输出装置停止通过第三能量传输部件3303对第三驱动元件3103通电，第三驱动元件3103处于自由状态，第四驱动元件3104拉动第二绳3702使第三驱动元件3103下端向下移动，第三驱动元件3103伸长，同时，第二定滑轮3202逆时针旋转，第二定滑轮3202拉动第三内线353，第三内线353被向上提拉，并拉动与第三内线353的另一端相连的部位。当第一内线351、第二内线352或第三内线353被提拉时会产生向上的驱动力，穿戴者可根据需要选择使用上述三个驱动力中的任意一个或多个。其它一些实施例中，第一绳3701和第二绳3702为同一条绳，所述驱动组件中的所述杠杆数量可以为三个或更多，所述驱动元件数量也相应增加，由此所述外骨骼驱动装置能产生多个方向相同或相反的所述驱动力，可以根据使用者需要有选择性的施加于使用者助力部位。

如图6所示，本发明一些实施例中，驱动元件31为磁致伸缩机构，能量传输部件33为磁控线，所述能量输出装置通过所述能量传输部件对所述驱动元件通电能使所述驱动元件周围产生磁场，所述外骨骼驱动装置中其它结构与如图5所示实施例相同。初始时在驱动元件31周围保持一定的磁场强度，当所述实时控制模块控制所述能量输出装置通过第一能量传输部件3301减小对第一驱动元件3101通电，第一驱动元件3101磁场强度减小，长度缩短，其下端向上移动，同时所述实时控制模块控制所述能量输出装置通过第二能量传输部件3302加大对第二驱动元件3102通电，第二驱动元件3102磁场强度增大，长度伸长，第一定滑轮3201顺时针旋转，第一定滑轮3201拉动第一内线351和第二内线352，第二内线352被放松，第一内线351被向上提拉，并拉动与第一内线351的另一端相连的部位。反之，当所述实时控制模块控制所述能量输出装置通过第二能量传输部件3302减小对第二驱动元件3102通电，第二驱动元件3102磁场强度减小，长度缩短，其下端向上移动，同时所述实时控制模块控制所述能量输出装置通过第一能量传输部件3301加大对第一驱动元件3101通电，第一驱动元件3101磁场强度增大，长度伸长，第一定滑轮3201逆时针旋转，第一定滑轮3201拉动第一内线351和第二内线352，第一内线351被放松，第二内线352被向上提拉，并拉动与第二内线352的另一端相连的部位。第三驱动元件3103和第四驱动元件3104控制方法与第一驱动元件3101和第二驱动元件3102控制方法相同。

如图7所示，磁致伸缩机构包括磁场发生器801和磁感应棒802，磁场发生器801可以为金属线圈或其他通电产生磁场的材料或结构。通过向磁场发生器801通电使磁感应棒802周围磁场强度发生改变，磁感应棒802的长度随之发生改变。

如图8所示，本发明一些实施例中，所述高压气源为高压气泵，驱动元件31为波纹管，能量传输部件33为气管，所述外骨骼驱动装置中其它结构与如图5所示实施例相同。当所述实施控制模块通过控制所述高压气源经第一气管3301向第一驱动元件3101充气，第一驱动元件3101伸长，同时所述实施控制模块通过控制所述高压气源经第二气管3302向第二驱动元件3102抽气，第二驱动元件3102长度缩短，第一定滑轮3201顺时针旋转，第一定滑轮3201拉动第一内线351和第二内线352，第二内线352被放松，第一内线351被向上提拉，并拉动与第一内线351的另一端相连的部位。反之，当所述实施控制模块通过控制所述高压气源经第二气管3302向第二驱动元件3102充气，第二驱动元件3102伸长，同时所述实施控制模块通过控制所述高压气源经第一气管3301向第一驱动元件3101抽气，第一驱动元件3101长度缩短，第一定滑轮3201逆时针旋转，第二定滑轮3202拉动第一内线351和第二内线352，第一内线351被放松，第二内线352被向上提拉，并拉动与第二内线352的另一端相连的部位。第三驱动元件3103和第四驱动元件3104控制方法与第一驱动元件3101和第二驱动元件3102控制方法相同。

本发明一些实施例中，所述绳和所述内线分别与所述杠杆通过固定块和固定槽嵌合的方式固定连接，如图9所示，杠杆32的圆周上有两道凹槽、固定槽323和固定槽324，绳37嵌设于其中一道所述凹槽内，第一内线351和第二内线352嵌设于另一道所述凹槽内并分别穿过第一外管361和第二外管362，绳37有固定块371嵌设于固定槽324内，第一内线351和第二内线352共用一个固定块3511嵌设于固定槽323内。如图10所示，另一些实施例中，绳37嵌设于其中一道所述凹槽内，第一内线351嵌设于另一道所述凹槽内并穿过第一外管361，绳37有固定块371嵌设于固定槽324内，第一内线351有固定块3511嵌设于固定槽323内。

本发明一些实施例中，所述绳牵引所述杠杆的力的力臂大小与所述杠杆牵引所述内线的力的力臂大小不同。如图11a所示，杠杆32为同轴双定滑轮结构，所述两个定滑轮相互固定并一同转动，所述两个定滑轮直径不同且在圆周上各有一道凹槽，所述绳固定嵌设于其中一道所述凹槽中，所述内线固定嵌设于另一道所述凹槽中，使所述驱动组件牵引所述内线产生的位移不局限于所述驱动元件牵引所述杠杆产生的位移大小，能够根据实际需要进一步调节所述内线牵引所述驱动部为所述助力关节提供的助力大小。

本发明一些实施例中，所述杠杆连接至少两条所述内线，设置各条所述内线与所述杠杆连接的部分至所述固定点间的距离不都相同。如图11b所示，杠杆32为同轴三定滑轮结构，所述三个定滑轮相互固定并一同转动，所述三个定滑轮直径各不相同且在圆周上各有一道凹槽，所述绳固定嵌设于其中一道所述凹槽中，杠杆32可连接两条所述内线，两条所述内线分别固定嵌设于另二道所述凹槽中。如图11c所示，杠杆32为同轴三定滑轮结构，所述三个定滑轮相互固定并一同转动，所述三个定滑轮中的两个直径相同，且所述三个定滑轮在圆周上各有一道凹槽，所述绳固定嵌设于其中一道所述凹槽中，杠杆32可连接两条所述内线，两条所述内线分别固定嵌设于另二道所述凹槽中，所述杠杆牵引各条所述内线的力的力臂大小不都相同，使所述驱动组件能够牵引各条所述内线产生不同大小的位移。在其它实施例中，所述杠杆包含的所述定滑轮数目可以为3个或更多。

所述外骨骼驱动装置的所述固定部和所述驱动部的结构可以固定连接所述外管或所述内线，例如所述固定部和所述驱动部具有凹槽，所述外管或所述内线嵌设于所述凹槽中固定连接。一些实施例中，所述助力关节为髋关节或踝关节，如图12和图13所示，四个腰部固定部381分别左右对称地固定于腰部绑带5前后两侧，第一外管361、第二外管362连接外骨骼驱动装置3和固定部381，大腿部驱动部382固定于大腿部绑带5上端，第一内线351一端连接固定部381，另一端连接驱动部382。如图14和图15所示，小腿部固定部381固定于小腿部绑带5下端，鞋部驱动部382固定于鞋5后端，第二外管362与固定部381连接，第二内线352从第二外管362延伸出连接于驱动部382。

所述检测装置检测使用者瞬时运动参数信号并将所述使用者瞬时运动参数信号通过有线或者无线的方式发送到所述实时控制模块的输入端口。一些实施例中，所述检测装置融合了惯性测量单元(IMU)、表面肌电检测单元(sEMG)和压电传感器单元，所述瞬时运动参数信号包括大腿或小腿在行走过程中的角度、加速度、相关肌肉的肌电信号和压力变化的瞬时运动参数，所述压力包括鞋底压力或人机作用力，所述人机作用力指使用者大腿、小腿或身体其它部位与所述部位上穿戴装置间的压力。一些实施例中，所述检测装置为固定在鞋底部的两个或两个以上压力传感器，压力传感器阵列分布，检测行走过程中瞬时的脚底压力信号，通过脚底压力的变化判断行走过程中的瞬时步态并对未来步态进行合理预测。如图13-15所示，一些实施例中，大腿部传感器4固定于大腿部穿戴装置5外侧中部。另一些实施例中，小腿部传感器4固定于小腿部穿戴装置5内侧中部。另一些实施例中，脚部穿戴装置5底部融合了至少两个传感器4，也可以融合多个压力传感器阵列，检测行走过程中瞬时的脚底压力信号。

本发明一些实施例中，如图3和图16所示，所述驱动组件还包括导向轮325，驱动元件31为电机，杠杆32为定滑轮，杠杆32具有两道凹槽，第一内线351和第二内线352分别嵌入杠杆32的两道凹槽内，第一内线351和第二内线352一端分别与杠杆32固定连接，第一内线351和第二内线352另一端经过导向轮325，分别穿入固定连接在接线通道661上的两根外管并向外延伸。当驱动元件31带动杠杆32逆时针旋转时，第二内线352被拉紧，第一内线351被释放。当驱动元件31带动杠杆32顺时针旋转时，第一内线351被拉紧，第二内线352被释放。设置导向轮325可以使第一内线351和第二内线352更牢固的嵌设于所述凹槽中。

一些实施例中，所述外骨骼驱动装置还包含传感器，所述传感器检测所述外骨骼驱动装置内的工作状态作为反馈信号通过有线或者无线的方式发送到所述实时控制模块，一些实施例中，如图4所示，所述传感器设置在滑轮编码器321中，记录定滑轮32旋转角度作为反馈信号传输给所述实时控制模块。另一些实施例中，如图17所示，所述传感器固定安装在底板343上，导向轮325固定安装在所述传感器上，第一内线351绕过导向轮325并有预紧力，当杠杆32转动时，第一内线351与导向轮325直接接触并产生力，传感器检测力的大小传递到所述实时控制模块。所述实时控制模块根据输入的所述反馈信号控制所述能量输出装置输出及停止输出所述驱动能量的时间，结合所述检测装置和所述外骨骼驱动装置两方面的反馈信号，所述实时控制模块能够更精准、更切合实际情况的控制所述驱动能量的输出。

一些实施例中，所述实时控制模块包含伺服阀，所述伺服阀设置于所述能量传输部件上，所述实时控制模块通过控制所述伺服阀控制输入所述外骨骼驱动装置的所述驱动能量的大小，更精准的控制所述驱动能量的输出。

所述能量输出装置以及输出的能量可以为多种形式。一些实施例中，所述能量输出装置为电能输出装置，可以为需要电能的所述外骨骼驱动装置直接提供电能，另一些实施例中，所述能量输出装置还包含高压气泵，电能输出装置提供电能驱动所述高压气泵产生高压气体。此外，所述电能输出装置还可以具有太阳能电池板，电能经由所述太阳能电池板受光后而产生的能量进行补充，能量补充更加方便。一些实施例中，所述能量输出装置包含高压储气瓶，所述高压储气瓶内气压优选10-100Mpa，优选10Mpa、20Mpa、30Mpa、40Mpa、50Mpa、60Mpa、70Mpa、80Mpa、90Mpa、100Mpa，可保证输出的气体压力足够驱动所述外骨骼驱动装置，且能保证一定的使用安全性；所述高压储气瓶容量优选0.1-1L，优选0.2L,0.22L,0.24L,0.26L,0.28L，0.3L，保证所述高压储气瓶能够维持较长的工作时间，且体积大小方便携带。所述高压储气瓶长度5-25cm，直径1-10cm，重量0.1-1Kg。高压储气瓶相比于高压气泵，整体重量轻，且无需电池为其提供电能，可以方便更换。如图18所示，一些实施例中，气瓶架12与穿戴装置5固定连接。高压储气瓶11嵌设于气瓶架12内相对固定，仅可向上将其取出。高压储气瓶11瓶口安装有恒压阀111，恒压阀111有一个气口输出气体、一个调压旋钮用于调节输出气体压力和一个开关旋钮控制气阀开关，送气管33与恒压阀111的气口连接。穿戴者通过穿戴装置5将高压储气瓶11及其他附件背负在自身背部。

本发明还提供了一种所述外骨骼驱动装置辅助使用者助力关节活动的方法，包含以下步骤：

步骤1，提供所述外骨骼驱动装置，将所述穿戴装置穿戴在使用者身体上；

步骤2，所述驱动元件产生驱动力牵引所述杠杆运动，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反；

步骤3，所述杠杆牵引所述内线在与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度的方向移动，使所述内线相对于所述外管发生轴向相对位移，使所述固定部与所述驱动部相互靠近，辅助使用者助力关节活动。

本发明还提供了一种所述助力外骨骼系统辅助助力关节运动的方法，包含以下步骤：

步骤1，提供所述助力外骨骼系统，将所述穿戴装置穿戴在使用者身体上；

步骤2，所述检测装置检测使用者瞬时运动参数信号并将所述使用者瞬时运动参数信号输入所述实时控制模块；将所述检测装置安装或穿戴在使用者身体活动的部位，例如助力关节为肘关节时，将所述检测装置安装或穿戴在大臂和小臂中的至少一个部位上；

步骤3，所述实时控制模块根据输入的使用者的角度、加速度、相关肌肉的肌电信号和压力变化瞬时运动参数等信号控制所述能量输出装置输出及停止输出所述驱动能量的时间，优选所述实时控制模块还包含伺服阀，所述实时控制模块可通过控制伺服阀控制输出驱动能量的大小；

步骤4，所述能量输出装置通过所述能量输出装置与所述外骨骼驱动装置之间的能量传输部件向所述外骨骼驱动装置输出所述驱动能量；

步骤5，所述驱动能量作用于所述驱动组件，所述驱动元件产生驱动力牵引所述杠杆运动，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反；

步骤6，所述杠杆牵引所述内线在与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度的方向移动，使所述内线相对于所述外管发生轴向相对位移，使所述固定部与所述驱动部相互靠近，辅助使用者助力关节活动。

所述助力外骨骼系统辅助助力关节运动的方法可用于辅助使用者下肢运动，例如辅助使用者髋关节、膝关节及踝关节中至少一个发生屈曲或前伸，此时所述助力外骨骼系统为下肢助力外骨骼系统，所述检测装置为步态检测装置，所述实时控制模块及所述能量输出装置通过所述穿戴装置穿戴于使用者躯干上，所述步态检测装置通过所述穿戴装置穿戴于使用者大腿、小腿或鞋上。

如图19所示为助力外骨骼系统的控制流程图，所述实时控制模块2包含CPU、驱动器、伺服阀、输入端口和输出端口，所述检测装置4包括安装在使用者大腿、小腿或身体上其它部位的惯性测量单元、表面肌电检测单元、压电传感器单元或其它传感器。所述助力外骨骼系统的控制方法流程包括：

(1)所述检测装置4将检测的数据输入到所述实时控制模块2的输入端口；

(2)所述CPU经过一系列运算和处理判断瞬时步态和运动意图，再将控制命令发送到所述驱动器；

(3)所述驱动器控制所述能量输出装置1工作；

(4)所述能量输出装置1产生的驱动能量通过所述输出端口输出到所述外骨骼驱动装置3中产生对应的助力。

本发明一些实施例中，所述能量输出装置1产生的驱动能量输送至所述伺服阀，所述CPU将控制命令发送到所述驱动器，所述驱动器精确控制所述伺服阀输出的驱动能量的大小；本发明一些实施例中，所述外骨骼驱动装置3中还包含编码器，例如在定滑轮中设置的滑轮编码器，所述编码器将检测到的数据作为反馈信号发送至所述实时控制模块2的输入端口，所述CPU综合所述编码器和所述检测装置3所检测的数据经过一系列运算和处理判断瞬时步态和运动意图。

本发明一些实施例中，所述能量输出装置为所述高压储气瓶，所述实时控制模块包含微处理器和伺服阀，所述外骨骼驱动装置包括鲍登线、驱动部、固定部、驱动元件、定滑轮和滑轮编码器，所述驱动元件为气动肌腱或波纹管，所述检测装置包含安装在使用者大腿、小腿或身体上其它部位的惯性测量单元、表面肌电检测单元、压电传感器单元或其它传感器。

如图20所示为气动助力外骨骼系统的控制流程图，所述助力外骨骼系统的控制方法流程包括：

(1)所述检测装置4和所述滑轮编码器321将检测的数据输入到所述实时控制模块2；

(2)所述微处理器21进过一系列运算和处理判断瞬时步态和运动意图，再将控制命令发送到所述伺服阀22；

(3)所述高压储气瓶11输出高压气体经所述伺服阀22进入所述驱动元件31，所述伺服阀22控制所述高压气体输出到所述驱动元件31，所述驱动元件31带动所述第一定滑轮3201和第二定滑轮3202转动，所述第一定滑轮3201和第二定滑轮3202牵引所述鲍登线39进而牵引所述与鲍登线39另一端连接的所述驱动部382，使所述驱动部382靠近所述固定部381，在所述驱动部382对应的使用者助力关节处产生助力；

(4)所述滑轮编码器321检测所述第一定滑轮3201和第二定滑轮3202转动角度数据，所述检测装置4检测所述助力关节处使用者行走过程中的角度、加速度、相关肌肉的肌电信号和压力变化的瞬时运动参数数据。

如图21所示为使用者行走时髋关节、膝关节和踝关节角度变化图，横坐标为一个步态周期的时间百分比，纵坐标为助力关节自由端偏离初始直立状态的角度。在步态周期为46％时，所述髋关节处的所述角度开始增大，即大腿开始从后往前运动，此时应使连接所述髋关节前部的所述驱动元件收缩，连接所述髋关节后部的所述驱动元件伸长。在步态周期为82％时，所述髋关节处的所述角度开始减小，即大腿开始从前往后运动，此时应使连接所述髋关节后部的所述驱动元件收缩，连接所述髋关节前部的所述驱动元件伸长。在步态周期为36％时，所述膝关节处的所述角度开始增大，即小腿开始向后运动，此时使连接所述膝关节后部的所述驱动元件收缩。在步态周期约为70％时，所述膝关节处的所述角度开始减小，即小腿开始向前运动，此时应使连接所述膝关节后部的所述驱动元件伸长。在步态周期为60％时，所述踝关节处的所述角度开始增大，即脚开始从后往前运动，此时应使连接所述踝关节前部的所述驱动元件收缩，连接所述踝关节后部的所述驱动元件伸长。在步态周期为22％时，所述踝关节处的所述角度开始减小，即脚开始从前往后运动，此时应使连接所述踝关节后部的所述驱动元件收缩，连接所述踝关节前部的所述驱动元件伸长。通过在特定时间控制对应的驱动元件周期性地收缩和伸长，从而实现对行走过程中的助力，但由于每个人的步态数据不尽相同，控制所述驱动元件收缩或伸长的时间点也不同。

上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

虽然通过实施方式描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (13)

1.外骨骼驱动装置，其特征在于，应用于外骨骼助力系统，所述外骨骼驱动装置包含外管、内线和驱动组件，所述驱动组件穿戴在使用者身体上，所述驱动组件牵引所述内线辅助使用者助力关节活动，所述外管套在所述内线外，所述内线能够相对于所述外管发生轴向相对位移，所述外管和所述内线与所述驱动组件连接；

所述外骨骼驱动装置还包括固定部和驱动部，所述固定部穿戴在所述助力关节固定端，所述驱动部穿戴在所述助力关节自由端，所述外管与所述固定部连接，所述内线具有从所述外管一端延伸出来的延伸部，所述内线的延伸部与所述驱动部连接；

所述驱动组件包含杠杆和至少二个驱动元件，所述杠杆包括第一端、第二端和固定点，所述固定点在所述第一端和所述第二端之间，所述固定点与所述驱动组件的穿戴部位相对固定，所述内线连接于所述杠杆上除所述固定点以外的部分，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反，所述驱动组件牵引所述内线的位移方向与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度，所述驱动组件包括绳，所述杠杆的两端分别通过所述绳与至少一个所述驱动元件连接，所述杠杆的两端不与同一所述驱动元件连接，所述绳与所述杠杆固定连接，所述驱动元件牵引所述绳带动所述杠杆第一端或第二端相对于所述杠杆固定点发生位移，所述杠杆为定滑轮。

2.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述驱动元件包含气动肌腱，所述气动肌腱具有进气口和气阀门，所述驱动组件还包括能量传输部件，所述进气口与所述能量传输部件连接；当气体经所述能量传输部件进入所述气动肌腱内时，所述气动肌腱膨胀并缩短；当气体经所述气阀门离开所述气动肌腱时，所述气动肌腱收缩并伸长。

3.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述驱动元件包含形状记忆部件，所述驱动组件还包括能量传输部件，所述能量传输部件向所述形状记忆部件传递能量时，所述形状记忆部件温度升高并缩短；所述能量传输部件停止向所述形状记忆部件传递能量时，所述形状记忆部件温度降低并处于自由状态。

4.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述驱动元件包含磁致伸缩结构，所述驱动组件还包括能量传输部件，初始时所述能量传输部件向所述磁致伸缩结构传递能量，使所述磁致伸缩结构周围保持一定的磁场强度；增强所述磁场强度，所述磁致伸缩结构伸长；减小所述磁场强度，所述磁致伸缩结构缩短。

5.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述驱动元件包含波纹管，所述波纹管具有进气口和气阀门，所述驱动组件还包括能量传输部件，所述进气口与所述能量传输部件连接；当气体经所述能量传输部件进入所述波纹管内时，所述波纹管膨胀并伸长；当气体经所述气阀门离开所述波纹管时，所述波纹管收缩并缩短。

6.如权利要求3所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述形状记忆部件为弹簧结构。

7.如权利要求4所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述磁致伸缩结构的材料为金属合金、铁氧体或稀土化合物。

8.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述驱动组件具有外壳。

9.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述杠杆上具有固定槽，所述绳上具有与所述固定槽匹配的固定块，所述绳经由所述固定块插入所述固定槽以固定连接在所述杠杆上。

10.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述杠杆上具有固定槽，所述内线上具有与所述固定槽匹配的固定块，所述内线经由所述固定块插入所述固定槽以固定连接在所述杠杆上。

11.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述绳牵引所述杠杆的力的力臂大小与所述杠杆牵引所述内线的力的力臂大小不同。

12.如权利要求1所述外骨骼驱动装置，其特征在于，所述杠杆连接至少两条所述内线，所述杠杆牵引各条所述内线的力的力臂大小不都相同。

13.如权利要求1-12中的任一项所述外骨骼驱动装置的外骨骼驱动方法，包含以下步骤：

步骤1，将所述驱动组件穿戴在使用者身体上；

步骤2，所述驱动元件产生驱动力牵引所述杠杆运动，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角大于等于0度小于90度，至少一个所述驱动元件产生的驱动力方向与所述杠杆第一端位移方向夹角小于等于180度大于90度，所述第一端与所述第二端位移方向相反；

步骤3，所述杠杆牵引所述内线在与所述杠杆第一端或第二端位移方向夹角大于等于0度小于90度的方向移动，使所述内线相对于所述外管发生轴向相对位移，使所述固定部与所述驱动部相互靠近，辅助使用者助力关节活动。

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